JP2001011577A - 内燃機関用ピストンのセカンドリング材 - Google Patents
内燃機関用ピストンのセカンドリング材Info
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- JP2001011577A JP2001011577A JP11179537A JP17953799A JP2001011577A JP 2001011577 A JP2001011577 A JP 2001011577A JP 11179537 A JP11179537 A JP 11179537A JP 17953799 A JP17953799 A JP 17953799A JP 2001011577 A JP2001011577 A JP 2001011577A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 低コストで十分な耐摩耗性と耐焼付き性を有
するスチールセカンドリングを提供する。 【解決手段】 重量％で、Ｃ：０．５〜０．８％未満、
Ｓｉ：１．０〜２．０％、Ｍｎ：０．５〜１．５％、Ｃ
ｒ：０．３〜１．０％、Ｓ：０．０４〜０．１０％を含
み、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる内燃機関用
ピストンのセカンドリング材である。そして、上記組成
に加え０．０１％以下のＣａを添加した内燃機関用ピス
トンのセカンドリング材である。ここで好ましくは、Ｃ
ａが０．００２〜０．０１％である。
するスチールセカンドリングを提供する。 【解決手段】 重量％で、Ｃ：０．５〜０．８％未満、
Ｓｉ：１．０〜２．０％、Ｍｎ：０．５〜１．５％、Ｃ
ｒ：０．３〜１．０％、Ｓ：０．０４〜０．１０％を含
み、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる内燃機関用
ピストンのセカンドリング材である。そして、上記組成
に加え０．０１％以下のＣａを添加した内燃機関用ピス
トンのセカンドリング材である。ここで好ましくは、Ｃ
ａが０．００２〜０．０１％である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関に使用さ
れるピストンリングのうち特に自動車エンジンに装着さ
れセカンドリングとして使用される材料に関する。
れるピストンリングのうち特に自動車エンジンに装着さ
れセカンドリングとして使用される材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】内燃機関、特に自動車エンジンに使用さ
れるピストンリングは、従来の鋳鉄製から鋼平線といっ
た線材をリング状に加工して用いられる、いわゆるスチ
ールピストンリングへと移行が進んでいる。これはエン
ジンの高速化、高出力化要求に対応するためのリングの
軽量化や機械的強度の向上の必要性が背景にあり、さら
にリング製造工程の大幅短縮の効果もその大きな原因と
なっている。
れるピストンリングは、従来の鋳鉄製から鋼平線といっ
た線材をリング状に加工して用いられる、いわゆるスチ
ールピストンリングへと移行が進んでいる。これはエン
ジンの高速化、高出力化要求に対応するためのリングの
軽量化や機械的強度の向上の必要性が背景にあり、さら
にリング製造工程の大幅短縮の効果もその大きな原因と
なっている。
【０００３】スチールピストンリングへの移行は、高負
荷領域にあるトップリングやオイルリングにおいて先行
しており、その材質としてはＳｉ−Ｃｒ鋼や１１〜１７
％Ｃｒのマルテンサイトステンレス鋼が用いられてい
る。さらにこのような素材にクロムメッキあるいは窒化
処理を施したピストンリングが多く用いられている。し
かし、比較的負荷の少ないセカンドリングにおいては、
依然としてＦＣ２５０のような鋳鉄が多く用いられてい
るが、近年上記要求に呼応してスチール化への要求が高
まってきており、スチールセカンドリングの使用が検討
され始めている。
荷領域にあるトップリングやオイルリングにおいて先行
しており、その材質としてはＳｉ−Ｃｒ鋼や１１〜１７
％Ｃｒのマルテンサイトステンレス鋼が用いられてい
る。さらにこのような素材にクロムメッキあるいは窒化
処理を施したピストンリングが多く用いられている。し
かし、比較的負荷の少ないセカンドリングにおいては、
依然としてＦＣ２５０のような鋳鉄が多く用いられてい
るが、近年上記要求に呼応してスチール化への要求が高
まってきており、スチールセカンドリングの使用が検討
され始めている。
【０００４】セカンドリングは摺動部材として耐摩耗
性、耐焼付き性が要求されるが、その作動環境はトップ
リングほど過酷ではないので、トップリングほどの高性
能の特性は必要とされない。従ってできるだけ低合金系
の鋼を用いて低コスト化を図ることが望ましい。しか
も、窒化処理などの表面処理を施さなくとも使用できる
ことが望ましいので、ある程度の鋼自体の耐摩耗性と耐
焼付き性が要求される。こうした要求に答えるため、前
述のＳｉ−Ｃｒ鋼に代表される低合金鋼がセカンドリン
グに適用され始めている。
性、耐焼付き性が要求されるが、その作動環境はトップ
リングほど過酷ではないので、トップリングほどの高性
能の特性は必要とされない。従ってできるだけ低合金系
の鋼を用いて低コスト化を図ることが望ましい。しか
も、窒化処理などの表面処理を施さなくとも使用できる
ことが望ましいので、ある程度の鋼自体の耐摩耗性と耐
焼付き性が要求される。こうした要求に答えるため、前
述のＳｉ−Ｃｒ鋼に代表される低合金鋼がセカンドリン
グに適用され始めている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述した
Ｓｉ−Ｃｒ鋼などの低合金鋼をそのままセカンドリング
に用いた場合、従来の鋳鉄製のセカンドリングに比べて
機械的性質、耐摩耗性は優れるものの耐焼付き性が劣る
ことが明らかになってきた。本発明の目的は、低コスト
で十分な耐摩耗性と耐焼付き性を有するスチールセカン
ドリングを提供することである。
Ｓｉ−Ｃｒ鋼などの低合金鋼をそのままセカンドリング
に用いた場合、従来の鋳鉄製のセカンドリングに比べて
機械的性質、耐摩耗性は優れるものの耐焼付き性が劣る
ことが明らかになってきた。本発明の目的は、低コスト
で十分な耐摩耗性と耐焼付き性を有するスチールセカン
ドリングを提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明者らは上記課題を
解決するため種々検討の結果、０．５％から０．８％を
超えないＣ量を基本とする低合金鋼にＳを適正量添加す
ることにより耐焼付き性向上に効果があること、さらに
好ましくはＳとＣａを複合添加することで大きな効果が
得られることを見いだし、本発明に至った。
解決するため種々検討の結果、０．５％から０．８％を
超えないＣ量を基本とする低合金鋼にＳを適正量添加す
ることにより耐焼付き性向上に効果があること、さらに
好ましくはＳとＣａを複合添加することで大きな効果が
得られることを見いだし、本発明に至った。
【０００７】すなわち本発明の第一は、重量％で、Ｃ：
０．５〜０．８％未満、Ｓｉ：１．０〜２．０％、Ｍ
ｎ：０．５〜１．５％、Ｃｒ：０．３〜１．０％、Ｓ：
０．０４〜０．１０％を含み、残部Ｆｅおよび不可避的
不純物からなる内燃機関用ピストンのセカンドリング材
である。
０．５〜０．８％未満、Ｓｉ：１．０〜２．０％、Ｍ
ｎ：０．５〜１．５％、Ｃｒ：０．３〜１．０％、Ｓ：
０．０４〜０．１０％を含み、残部Ｆｅおよび不可避的
不純物からなる内燃機関用ピストンのセカンドリング材
である。
【０００８】また本発明の第二は、上記組成に加え０．
０１％以下のＣａを添加した内燃機関用ピストンのセカ
ンドリング材である。ここで好ましくは、Ｃａが０．０
０２〜０．０１％である。
０１％以下のＣａを添加した内燃機関用ピストンのセカ
ンドリング材である。ここで好ましくは、Ｃａが０．０
０２〜０．０１％である。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下に本発明を詳しく説明する。
Ｃは一部が基地中に固溶して強度を付与し、一部は炭化
物を形成して耐摩耗性と耐焼付き性を高める重要な元素
である。このためには少なくとも０．５％が必要であ
る。しかしながら０．８％以上になると平線への加工性
やリングへの加工性を困難にする。特にセカンドリング
においては製造性を高めることにより安価に製造できる
ことが重要であるので０．８％未満を上限とした。
Ｃは一部が基地中に固溶して強度を付与し、一部は炭化
物を形成して耐摩耗性と耐焼付き性を高める重要な元素
である。このためには少なくとも０．５％が必要であ
る。しかしながら０．８％以上になると平線への加工性
やリングへの加工性を困難にする。特にセカンドリング
においては製造性を高めることにより安価に製造できる
ことが重要であるので０．８％未満を上限とした。
【００１０】Ｓｉは通常脱酸剤として添加されるが、一
方では鋼の焼戻し軟化挙動にも影響し特に低合金鋼にお
いてはＳｉの影響は重要である。焼戻し軟化を防ぎ耐熱
強度を高めるためにＳｉは少なくとも１．０％が必要で
ある。しかしながら過度に添加すると冷間加工性を低下
させるのでＳｉの上限は２．０％に規定する。
方では鋼の焼戻し軟化挙動にも影響し特に低合金鋼にお
いてはＳｉの影響は重要である。焼戻し軟化を防ぎ耐熱
強度を高めるためにＳｉは少なくとも１．０％が必要で
ある。しかしながら過度に添加すると冷間加工性を低下
させるのでＳｉの上限は２．０％に規定する。
【００１１】ＭｎもＳｉと同様脱酸剤として使用され、
最低０．５％は必要であるが過度に添加すると熱間にお
ける加工性を害する。そのため上限を１．５％に規定し
た。
最低０．５％は必要であるが過度に添加すると熱間にお
ける加工性を害する。そのため上限を１．５％に規定し
た。
【００１２】Ｃｒは一部はＣと結合して炭化物を形成し
耐摩耗性、耐焼付き性を高める。また一部は基地に固溶
して耐食性を高め、かつ焼戻し軟化抵抗を高める。さら
に、焼入れ性を確保し十分な熱処理硬さを得るために必
要である。これらの効果を得るためには少なくとも０．
３％必要であるが、過度の添加は熱伝導率を低下させる
ことにより摺動による接触面の昇温を助長し、耐焼付き
性を害するため１．０％を上限とした。
耐摩耗性、耐焼付き性を高める。また一部は基地に固溶
して耐食性を高め、かつ焼戻し軟化抵抗を高める。さら
に、焼入れ性を確保し十分な熱処理硬さを得るために必
要である。これらの効果を得るためには少なくとも０．
３％必要であるが、過度の添加は熱伝導率を低下させる
ことにより摺動による接触面の昇温を助長し、耐焼付き
性を害するため１．０％を上限とした。
【００１３】Ｓは本発明における重要な元素である。前
述のようにＳｉ−Ｃｒ鋼では耐焼付き性が不十分である
が、Ｓを適量添加することにより耐焼付き性を大幅に改
善することができる。Ｓは大部分がＭｎと結びついてＭ
ｎＳを形成し、このＭｎＳがそれ自身潤滑効果を持つと
ともに、エンジンオイルを保持する効果も期待できるの
で潤滑効果を高め耐焼付き性向上に有効である。この効
果を得るためにはＳは少なくとも０．０４％必要である
が、過度に添加すると機械的性質を劣化させるので、上
限を０．１０％とした。
述のようにＳｉ−Ｃｒ鋼では耐焼付き性が不十分である
が、Ｓを適量添加することにより耐焼付き性を大幅に改
善することができる。Ｓは大部分がＭｎと結びついてＭ
ｎＳを形成し、このＭｎＳがそれ自身潤滑効果を持つと
ともに、エンジンオイルを保持する効果も期待できるの
で潤滑効果を高め耐焼付き性向上に有効である。この効
果を得るためにはＳは少なくとも０．０４％必要である
が、過度に添加すると機械的性質を劣化させるので、上
限を０．１０％とした。
【００１４】Ｓの効果をさらに高めるにはＣａをＳとと
もに添加することが有効である。Ｓは前述のようにＭｎ
と結びついてＭｎＳを形成するが、単独のＭｎＳは塑性
加工時に変形して細長く連なった形状、あるいはそれが
ちぎれて断続的に分布したものになりやすくこの場合は
潤滑効果が十分に得られない。一方、Ｃａを添加すると
Ｃａの介在物を核としたＭｎＳが形成され、この複合介
在物は塑性加工時にもあまり伸びず、紡錘状の介在物と
して残存するため、十分な潤滑効果を得ることができ
る。しかしＣａは過度に添加すると熱間加工性を害する
ので０．０１％以下に規定する。好ましくは０．００２
〜０．０１％である。なお、上記のＳおよびＣａの効果
は耐焼付きの他にも、切削性や研削性も良くすることが
期待できる。
もに添加することが有効である。Ｓは前述のようにＭｎ
と結びついてＭｎＳを形成するが、単独のＭｎＳは塑性
加工時に変形して細長く連なった形状、あるいはそれが
ちぎれて断続的に分布したものになりやすくこの場合は
潤滑効果が十分に得られない。一方、Ｃａを添加すると
Ｃａの介在物を核としたＭｎＳが形成され、この複合介
在物は塑性加工時にもあまり伸びず、紡錘状の介在物と
して残存するため、十分な潤滑効果を得ることができ
る。しかしＣａは過度に添加すると熱間加工性を害する
ので０．０１％以下に規定する。好ましくは０．００２
〜０．０１％である。なお、上記のＳおよびＣａの効果
は耐焼付きの他にも、切削性や研削性も良くすることが
期待できる。
【００１５】以下の元素は下記の範囲内であれば本発明
鋼に含まれてもよい。 Ｐ≦０．０４％，Ｍｏ≦１．０％，Ｗ≦１．０％ V≦０．５％，Ｎｂ≦０．５％，Ｎｉ≦２．０％ Ｍｇ≦０．０１％，Ｂ≦０．０１％，Ｚｒ≦０．１％
鋼に含まれてもよい。 Ｐ≦０．０４％，Ｍｏ≦１．０％，Ｗ≦１．０％ V≦０．５％，Ｎｂ≦０．５％，Ｎｉ≦２．０％ Ｍｇ≦０．０１％，Ｂ≦０．０１％，Ｚｒ≦０．１％
【００１６】
【実施例】以下、実施例により本発明の効果を説明す
る。 （実施例１）大気中の高周波誘導溶解により表１に示す
組成のインゴットを得た。これらのインゴットに熱間加
工を施して、８ｍｍ径の線状素材を得た。続いて焼きな
まし処理後に、所定の焼入れ、焼戻し処理により硬さを
４０ＨＲＣ前後に調整した試料を作製した。ここで従来
材Ｎｏ．３１はＳｉ−Ｃｒ鋼であり、Ｎｏ．３２は鋳鉄
ＦＣ２５０である。
る。 （実施例１）大気中の高周波誘導溶解により表１に示す
組成のインゴットを得た。これらのインゴットに熱間加
工を施して、８ｍｍ径の線状素材を得た。続いて焼きな
まし処理後に、所定の焼入れ、焼戻し処理により硬さを
４０ＨＲＣ前後に調整した試料を作製した。ここで従来
材Ｎｏ．３１はＳｉ−Ｃｒ鋼であり、Ｎｏ．３２は鋳鉄
ＦＣ２５０である。
【００１７】
【表１】
【００１８】これらの試料を用いて、耐焼付き性を評価
した。試験方法は図１、図２に示す超高圧摩擦摩耗試験
機を用いて以下の条件で行い、荷重が急激に立ち上がっ
た時点を焼付き開始と評価した。評価結果を表１に合わ
せて示す。 摩擦速度 ：８ｍ／ｓ 摩擦面圧力：初期圧１０ｋｇｆ／ｃｍ２、３分毎に１０
ｋｇｆ／ｃｍ２ずつ上昇 潤 滑 油：モーターオイル＃３０ 相 手 材：ＦＣ２５０（ＪＩＳねずみ鋳鉄）
した。試験方法は図１、図２に示す超高圧摩擦摩耗試験
機を用いて以下の条件で行い、荷重が急激に立ち上がっ
た時点を焼付き開始と評価した。評価結果を表１に合わ
せて示す。 摩擦速度 ：８ｍ／ｓ 摩擦面圧力：初期圧１０ｋｇｆ／ｃｍ２、３分毎に１０
ｋｇｆ／ｃｍ２ずつ上昇 潤 滑 油：モーターオイル＃３０ 相 手 材：ＦＣ２５０（ＪＩＳねずみ鋳鉄）
【００１９】さらに耐摩耗性を往復動摩耗試験により評
価した。これは直径８ｍｍ、長さ２０ｍｍの試験片を相
手材（ＦＣ２５０）と往復運動によりこすり合わせてそ
の時の摩耗幅を測定するものである。評価結果を表１に
合わせて示す。
価した。これは直径８ｍｍ、長さ２０ｍｍの試験片を相
手材（ＦＣ２５０）と往復運動によりこすり合わせてそ
の時の摩耗幅を測定するものである。評価結果を表１に
合わせて示す。
【００２０】表１より本発明鋼は、いずれも優れた耐焼
付き性と耐摩耗性を示す。一方、従来材Ｎｏ．３２（鋳
鉄ＦＣ２５０）は摩耗幅が大きく耐摩耗性が不十分であ
る。従来材Ｎｏ．３１（Ｓｉ−Ｃｒ鋼）は耐摩耗性は良
好であるが、耐焼付き性が不足している。比較鋼Ｎｏ．
２１も耐焼付き性が不足している。
付き性と耐摩耗性を示す。一方、従来材Ｎｏ．３２（鋳
鉄ＦＣ２５０）は摩耗幅が大きく耐摩耗性が不十分であ
る。従来材Ｎｏ．３１（Ｓｉ−Ｃｒ鋼）は耐摩耗性は良
好であるが、耐焼付き性が不足している。比較鋼Ｎｏ．
２１も耐焼付き性が不足している。
【００２１】（実施例２）表１における本発明鋼Ｎｏ．
１３と比較鋼Ｎｏ．２２を熱間圧延により直径５．５ｍ
ｍのコイルとした後、冷間圧延により１．５ｍｍ×３．
１ｍｍの平線形状に仕上げた。本発明鋼Ｎｏ．１３は問
題無く加工できたが、比較鋼Ｎｏ．２２は冷間加工性が
悪くキズが発生した。
１３と比較鋼Ｎｏ．２２を熱間圧延により直径５．５ｍ
ｍのコイルとした後、冷間圧延により１．５ｍｍ×３．
１ｍｍの平線形状に仕上げた。本発明鋼Ｎｏ．１３は問
題無く加工できたが、比較鋼Ｎｏ．２２は冷間加工性が
悪くキズが発生した。
【００２２】
【発明の効果】本発明によれば従来の鋳鉄製ピストンリ
ングより、耐摩耗性、機械的性質に優れ、耐焼付き性が
同等以上の安価なスチールピストンリング材を提供する
ことが可能であり、セカンドリングの軽量化、性能向
上、製造工程の簡略化に大きく貢献するものである。
ングより、耐摩耗性、機械的性質に優れ、耐焼付き性が
同等以上の安価なスチールピストンリング材を提供する
ことが可能であり、セカンドリングの軽量化、性能向
上、製造工程の簡略化に大きく貢献するものである。
【図１】超高圧摩擦摩耗試験機の断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ矢視断面図である。
１．試験片（５ｍｍ角×１０Ｌ）、２．円板（相手材・・
・ＦＣ２５０）、３．ステータホルダー、４．ロータ、
５．試験片保持具、６．潤滑油注入口、７．ロードセ
ル、８．動歪計、Ｐ：摩擦圧力
・ＦＣ２５０）、３．ステータホルダー、４．ロータ、
５．試験片保持具、６．潤滑油注入口、７．ロードセ
ル、８．動歪計、Ｐ：摩擦圧力
Claims (3)
- 【請求項１】 重量％で、Ｃ：０．５〜０．８％未満、
Ｓｉ：１．０〜２．０％、Ｍｎ：０．５〜１．５％、Ｃ
ｒ：０．３〜１．０％、Ｓ：０．０４〜０．１０％を含
み、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなることを特徴
とする内燃機関用ピストンのセカンドリング材。 - 【請求項２】 重量％で、Ｃ：０．５〜０．８％未満、
Ｓｉ：１．０〜２．０％、Ｍｎ：０．５〜１．５％、Ｃ
ｒ：０．３〜１．０％、Ｓ：０．０４〜０．１０％、Ｃ
ａ：０．０１％以下を含み、残部Ｆｅおよび不可避的不
純物からなることを特徴とする内燃機関用ピストンのセ
カンドリング材。 - 【請求項３】 重量％で、Ｃ：０．５〜０．８％未満、
Ｓｉ：１．０〜２．０％、Ｍｎ：０．５〜１．５％、Ｃ
ｒ：０．３〜１．０％、Ｓ：０．０４〜０．１０％、Ｃ
ａ：０．００２〜０．０１％を含み、残部Ｆｅおよび不
可避的不純物からなることを特徴とする内燃機関用ピス
トンのセカンドリング材。
Priority Applications (9)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11179537A JP2001011577A (ja) | 1999-06-25 | 1999-06-25 | 内燃機関用ピストンのセカンドリング材 |
| EP00112422A EP1063454B1 (en) | 1999-06-25 | 2000-06-09 | Self-lubricating piston ring material for internal combustion engine and piston ring |
| DE60027355T DE60027355T2 (de) | 1999-06-25 | 2000-06-09 | Selbstschmierendes Kolbenringmaterial für Verbrennungsmotoren und Kolbenring |
| AT00112422T ATE323856T1 (de) | 1999-06-25 | 2000-06-09 | Selbstschmierendes kolbenringmaterial für verbrennungsmotoren und kolbenring |
| PL340867A PL193827B1 (pl) | 1999-06-25 | 2000-06-19 | Stal na pierścienie tłokowe do silników spalinowych i zastosowanie stali do wytwarzania samosmarnych pierścieni tłokowych do silników spalinowych |
| KR10-2000-0034464A KR100370454B1 (ko) | 1999-06-25 | 2000-06-22 | 내연기관용 자기 윤활 피스톤 링 재료와 피스톤 링 |
| BRPI0002865-7A BR0002865B1 (pt) | 1999-06-25 | 2000-06-23 | anel de pistão para motores de combustão interna. |
| CN00107860A CN1109773C (zh) | 1999-06-25 | 2000-06-26 | 用于内燃机的自润滑式活塞环材料及活塞环 |
| US09/884,072 US6527879B2 (en) | 1999-06-25 | 2001-06-20 | Self-lubricating piston ring material for internal combustion engine and piston ring |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11179537A JP2001011577A (ja) | 1999-06-25 | 1999-06-25 | 内燃機関用ピストンのセカンドリング材 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001011577A true JP2001011577A (ja) | 2001-01-16 |
Family
ID=16067497
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11179537A Pending JP2001011577A (ja) | 1999-06-25 | 1999-06-25 | 内燃機関用ピストンのセカンドリング材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001011577A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015117208A1 (pt) * | 2014-02-07 | 2015-08-13 | Mahle Metal Leve S/A | Second piston ring and automotive piston |
| IT201700040796A1 (it) * | 2017-04-12 | 2018-10-12 | Gabriele Guizzardi | Metodo di realizzazione di un acciaio trattato e relativo acciaio trattato |
-
1999
- 1999-06-25 JP JP11179537A patent/JP2001011577A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015117208A1 (pt) * | 2014-02-07 | 2015-08-13 | Mahle Metal Leve S/A | Second piston ring and automotive piston |
| IT201700040796A1 (it) * | 2017-04-12 | 2018-10-12 | Gabriele Guizzardi | Metodo di realizzazione di un acciaio trattato e relativo acciaio trattato |
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